智能制造產(chǎn)線數(shù)字孿生體建模方法研究

王 萌，彭 飛，鄭 杰，孫 慧，石惠文

（唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，河北 唐山 063299）

0 引言

智能制造轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為當今制造業(yè)的一項重要趨勢，這為企業(yè)帶來了更高的生產(chǎn)效率、更低的成本和更高質(zhì)量的產(chǎn)品。數(shù)字化技術(shù)的應用正推動著智能制造產(chǎn)線的進一步演進，而數(shù)字孿生體的構(gòu)建正是其中一項備受關(guān)注的研究領(lǐng)域[1]。數(shù)字孿生體是一種虛擬實體，它模擬了實際制造產(chǎn)線的各個方面，包括設(shè)備、工藝、生產(chǎn)流程和人員，從而提供了實時、高度可視化的生產(chǎn)線研究范本[2]。這項技術(shù)的快速發(fā)展已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注，并在制造業(yè)內(nèi)產(chǎn)生了深遠的影響。制造企業(yè)越來越認識到，數(shù)字孿生體不僅僅是一種虛擬建模的工具，更是一種實現(xiàn)智能制造的重要手段。這種技術(shù)的應用為企業(yè)提供了實時監(jiān)測、預測維護、虛擬培訓和制造流程優(yōu)化等功能，從而有助于提高生產(chǎn)效率、降低成本并增強競爭力[3]。

智能制造產(chǎn)線數(shù)字孿生體的構(gòu)建是一個備受國際矚目的研究領(lǐng)域，各國和研究機構(gòu)積極推動該領(lǐng)域的發(fā)展。這項技術(shù)的應用為制造業(yè)帶來了巨大的機遇，可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)字化轉(zhuǎn)型、實時監(jiān)測和優(yōu)化，以及降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量[4]。美國一直在數(shù)字孿生體研究方面處于領(lǐng)先地位，許多知名大學和科技公司都在積極開展相關(guān)研究。例如，麻省理工學院的數(shù)字孿生中心（Digital Twin Center）已經(jīng)建立了多個數(shù)字孿生體的示范項目，用于優(yōu)化制造流程、提高設(shè)備的可維護性和改善生產(chǎn)效率。他們的研究項目涵蓋了航空航天、汽車制造、能源生產(chǎn)等多個領(lǐng)域。MIT 的研究人員還積極參與國際標準的制定，以確保數(shù)字孿生體的互操作性和全球應用。此外，美國的一些大型制造企業(yè)也在數(shù)字孿生體的研究和應用中起到關(guān)鍵作用。例如，通用電氣開發(fā)了數(shù)字孿生體用于飛機引擎的性能監(jiān)測和維護，從而延長了引擎的使用壽命并減少了故障率。這些實際案例不僅證明了數(shù)字孿生體在制造領(lǐng)域的巨大潛力，還為其他企業(yè)提供了借鑒和啟發(fā)。歐洲各國也在數(shù)字孿生體研究中發(fā)揮了積極作用。德國的研究機構(gòu)和制造企業(yè)積極合作，共同推動數(shù)字孿生體的研發(fā)和應用[5]。在歐洲，特別是在航空航天領(lǐng)域，數(shù)字孿生體的應用也備受關(guān)注。航空航天公司使用數(shù)字孿生體來模擬飛機設(shè)計，模擬各種飛行條件下的性能，從而降低了研發(fā)成本和風險。此外，歐盟資助了多個數(shù)字孿生體相關(guān)項目，以推動該技術(shù)在不同行業(yè)的發(fā)展，包括航空、能源和醫(yī)療。日本一直在制造領(lǐng)域的創(chuàng)新方面表現(xiàn)出色。日本的研究機構(gòu)也在數(shù)字孿生體的可持續(xù)性和環(huán)境影響方面進行了深入研究，以確保數(shù)字孿生體技術(shù)的可持續(xù)應用。日本的大型制造企業(yè)，如豐田、本田和松下，已經(jīng)開始使用數(shù)字孿生體來改進產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)流程。豐田汽車公司利用數(shù)字孿生體來模擬其生產(chǎn)線，以確保高效率和質(zhì)量。國內(nèi)數(shù)字孿生體研究涵蓋了制造業(yè)、軍事應用、城市規(guī)劃等多個領(lǐng)域。在制造業(yè)方面，國內(nèi)的一些制造巨頭積極應用數(shù)字孿生體技術(shù)，以提高生產(chǎn)效率。例如，小米利用數(shù)字孿生體對其智能手機生產(chǎn)線進行了模擬和優(yōu)化，從而大幅提高了生產(chǎn)效率。國內(nèi)的汽車制造業(yè)如比亞迪等也在數(shù)字孿生體的研究和應用中取得了突破，用于改進汽車設(shè)計、測試和生產(chǎn)流程?？偟膩碚f，世界各國的研究機構(gòu)正在加強合作，共同推動數(shù)字孿生體技術(shù)的發(fā)展，以實現(xiàn)智能制造產(chǎn)線的數(shù)字化轉(zhuǎn)型[6]。這些研究進展不僅對制造業(yè)具有重要意義，還有助于推動全球經(jīng)濟的創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展。隨著數(shù)字孿生體技術(shù)的不斷演進，可以期待更多的應用案例和研究成果進一步改善制造行業(yè)的效率和可持續(xù)發(fā)展。

本文的目的是探討智能制造產(chǎn)線數(shù)字孿生體的構(gòu)建研究發(fā)展趨勢。本研究將關(guān)注數(shù)字孿生體的背景、構(gòu)建方法、應用領(lǐng)域以及其對制造業(yè)的潛在意義。通過深入研究數(shù)字孿生體的最新發(fā)展，旨在為智能制造領(lǐng)域的研究者和從業(yè)人員提供有關(guān)如何更好地利用這一技術(shù)的洞見，并探討未來研究方向。在這一迅速變革的制造環(huán)境中，數(shù)字孿生體的研究對于推動智能制造產(chǎn)線的演進和創(chuàng)新至關(guān)重要。本文利用唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院華中數(shù)控智能制造實訓基地的智能產(chǎn)線單元為基礎(chǔ)，構(gòu)建了對應的數(shù)字孿生體模型，研究論證了數(shù)字孿生體在智能制造產(chǎn)線建模方法的意義和作用。具體研究過程如圖1 所示。

圖1 智能制造單元數(shù)字孿生體構(gòu)建流程

1 智能制造產(chǎn)線發(fā)展模式

自從德國提出工業(yè)4.0 的概念以來，智能制造的發(fā)展經(jīng)歷了3 個主要階段，每個階段都代表著制造業(yè)在數(shù)字化和自動化方面的不斷進步[7]。這3 個階段分別是：基于傳統(tǒng)經(jīng)驗的被動式管理、基于數(shù)字化的實時管理，以及基于數(shù)字孿生概念的智能化管理。本文將詳細探討每個階段的特點、演進和對制造業(yè)的影響，以及處在數(shù)字孿生概念的智能化管理下如何進行產(chǎn)業(yè)升級管理[8]。

1.1 基于傳統(tǒng)經(jīng)驗的被動式管理

在過去的幾十年里，大多數(shù)制造企業(yè)采用了傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法，其管理方式主要依賴于人工經(jīng)驗和定期的例行檢查。這個時期的生產(chǎn)過程通常是靜態(tài)的，剛性的，且缺乏靈活性。制造企業(yè)在這個階段通常會使用離散的工作流程，人工控制和難以預測的生產(chǎn)環(huán)境。在這種被動式管理的情況下，問題通常是事后發(fā)現(xiàn)的，導致了生產(chǎn)延誤、質(zhì)量問題和資源浪費。生產(chǎn)計劃和決策是基于歷史經(jīng)驗和直覺制定的，這往往導致不斷的調(diào)整和修正。制造企業(yè)缺乏對生產(chǎn)過程的全面了解，因此難以快速應對市場需求的變化。

1.2 基于數(shù)字化的實時管理

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，制造業(yè)進入了基于數(shù)字化的實時管理階段。這個階段的關(guān)鍵特點是數(shù)字化技術(shù)的廣泛應用，包括自動化控制系統(tǒng)、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)分析和實時監(jiān)測。數(shù)字化的生產(chǎn)環(huán)境使制造企業(yè)能夠?qū)崟r監(jiān)控生產(chǎn)過程，迅速做出反應并做出更明智的決策。制造企業(yè)開始積累大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)用于改進生產(chǎn)過程、預測設(shè)備故障和優(yōu)化資源利用。實時管理還促使企業(yè)實施先進的生產(chǎn)計劃和庫存管理系統(tǒng)，以更好地滿足市場需求。此階段中，制造業(yè)采用了各種信息技術(shù)，包括生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、企業(yè)資源規(guī)劃和生產(chǎn)計劃與控制系統(tǒng)，以增強其生產(chǎn)管理能力。然而，這個階段仍然側(cè)重于實時監(jiān)控和反應，缺乏對未來的預測和智能決策。

1.3 基于數(shù)字孿生概念的智能化管理

目前，制造業(yè)正進一步邁向基于數(shù)字孿生概念的智能化管理階段。數(shù)字孿生是一種虛擬實體，它模擬了實際制造過程的各個方面，包括設(shè)備、工藝和人員。數(shù)字孿生將實際生產(chǎn)過程與數(shù)字化模型相結(jié)合，使制造企業(yè)能夠更好地理解和優(yōu)化其生產(chǎn)流程。數(shù)字孿生體允許制造企業(yè)進行模擬和預測，以便更好地規(guī)劃生產(chǎn)和資源分配。通過數(shù)字孿生，企業(yè)可以模擬不同的生產(chǎn)情景，評估其影響，并采取相應的行動。這種模擬和優(yōu)化的能力可以幫助企業(yè)降低成本、提高生產(chǎn)效率并增強質(zhì)量。數(shù)字孿生還有助于實現(xiàn)智能化決策。通過不斷收集和分析實時數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生體可以提供實時反饋和預測，以便制造企業(yè)更好地適應市場需求和變化。智能算法可以自動識別潛在問題并提供解決方案。這使制造企業(yè)能夠采取預防性措施，而不僅僅是事后應對問題。數(shù)字孿生概念還推動了更多的自動化和自主決策。生產(chǎn)設(shè)備和機器人系統(tǒng)可以根據(jù)數(shù)字孿生體的反饋進行自主控制和優(yōu)化。這種智能化管理不僅提高了生產(chǎn)效率，還降低了人工干預的需求。總結(jié)起來，智能制造的發(fā)展經(jīng)歷了3 個主要階段：基于傳統(tǒng)經(jīng)驗的被動式管理、基于數(shù)字化的實時管理和基于數(shù)字孿生概念的智能化管理。每個階段都代表了制造業(yè)在數(shù)字化和自動化方面的不斷進步。當前，數(shù)字孿生概念的智能化管理階段為制造業(yè)帶來了更高的生產(chǎn)效率、更低的成本和更高質(zhì)量的產(chǎn)品，并持續(xù)推動制造業(yè)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級。這一演進還提醒著制造業(yè)不斷適應新技術(shù)和理念，以滿足市場需求的不斷變化，提高競爭力，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。3 個發(fā)展階段如圖2 所示。

圖2 智能制造產(chǎn)線管理發(fā)展過程

2 數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)

建立數(shù)字孿生體以模擬智能制造產(chǎn)線的各個模塊（倉儲單元、運輸單元、加工單元）是實現(xiàn)智能化生產(chǎn)和監(jiān)控的關(guān)鍵步驟[9]。每個模塊都需要不同的方法和技術(shù)來創(chuàng)建數(shù)字孿生體，以確保實時監(jiān)測、預測和優(yōu)化。各個模塊的構(gòu)建關(guān)鍵點如下。

2.1 倉儲單元的數(shù)字孿生體

倉儲單元通常包括倉庫、存儲設(shè)備和物料管理系統(tǒng)。建立倉儲單元的數(shù)字孿生體需要數(shù)據(jù)采集和傳感器技術(shù)，在倉儲單元中安裝傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，以實時監(jiān)測庫存水平、物料位置、溫濕度等參數(shù)。這些傳感器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)字孿生體，使其能夠模擬倉庫狀態(tài)。其次本研究需要完成物流模型建立，利用數(shù)學模型和物流算法構(gòu)建數(shù)字孿生體，以模擬物料的進出和存儲過程。這包括物料流動、倉庫內(nèi)布局和庫存管理等方面的建模。然后進行數(shù)據(jù)整合和分析，整合來自傳感器和其他數(shù)據(jù)源的信息，然后使用數(shù)據(jù)分析技術(shù)（如大數(shù)據(jù)分析和機器學習）來生成倉儲單元的數(shù)字孿生體。這使得現(xiàn)場工程師能夠分析和優(yōu)化庫存管理、提前發(fā)現(xiàn)潛在問題并提高物流效率。最后構(gòu)建可視化界面，以便操作人員可以輕松與數(shù)字孿生體互動，并實時監(jiān)測倉儲單元的狀態(tài)。

2.2 運輸單元的數(shù)字孿生體

運輸單元包括運輸設(shè)備（如機器人、無人小車等）和相關(guān)的物流系統(tǒng)。建立運輸單元數(shù)字孿生體的方法包括有運動控制和導航系統(tǒng)構(gòu)建等。數(shù)字孿生體需要模擬這些運動和導航系統(tǒng)，以便實現(xiàn)實時監(jiān)控和仿真。數(shù)字孿生體還包括集成傳感器（如激光雷達、相機）和位置追蹤技術(shù)，以獲取運輸設(shè)備的位置和周圍環(huán)境信息。這些數(shù)據(jù)用于維護數(shù)字孿生體的模型。數(shù)字孿生體需要路徑規(guī)劃和協(xié)同控制，使用路徑規(guī)劃算法和協(xié)同控制技術(shù)，以確保多個運輸設(shè)備之間的協(xié)調(diào)運動，避免碰撞，并優(yōu)化路徑選擇。最后，數(shù)字孿生體還需要實時通信和數(shù)據(jù)同步，建立可靠的實時通信通道，確保數(shù)字孿生體可以隨時接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，以維護其狀態(tài)和調(diào)整運輸任務。

2.3 加工單元的數(shù)字孿生體

為了實現(xiàn)加工單元數(shù)字孿生體的構(gòu)建，本研究將生產(chǎn)設(shè)備與數(shù)字孿生體連接，以實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)測和控制。這通常需要設(shè)備傳感器和接口來與數(shù)字孿生體通信。本研究還利用數(shù)學模型和仿真技術(shù)來建立加工單元的數(shù)字孿生體。數(shù)字孿生模型可以模擬生產(chǎn)過程，仿真工藝參數(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量。數(shù)字孿生體還需要整合故障檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，以實時監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)，預測潛在故障，并提供維護建議。最后，數(shù)字孿生體需要完成資源調(diào)度和優(yōu)化。工業(yè)現(xiàn)場使用數(shù)字孿生體來調(diào)度生產(chǎn)資源，以優(yōu)化生產(chǎn)計劃，減少等待時間，提高生產(chǎn)效率[10]。

總體來說，建立智能制造產(chǎn)線的數(shù)字孿生體需要集成傳感器技術(shù)、數(shù)學建模、數(shù)據(jù)分析和實時通信等多種技術(shù)和方法。這些數(shù)字孿生體不僅可以模擬生產(chǎn)過程，還能實時監(jiān)測、預測和優(yōu)化制造單元的運行，從而提高生產(chǎn)效率、降低成本，并實現(xiàn)智能化管理。數(shù)字孿生體的構(gòu)建過程如圖3 所示。

圖3 數(shù)字孿生體構(gòu)建關(guān)鍵流程

3 智能制造單元數(shù)字孿生體構(gòu)建過程

唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院的智能制造實訓基地包含華中數(shù)控8 型等多套智能制造單元。該基地依托于全國智能制造應用技術(shù)技能大賽平臺而建設(shè)，平臺由數(shù)字化立體料倉、送料機器人、數(shù)控加工中心、電氣控制系統(tǒng)和在線測量系統(tǒng)組成，既能執(zhí)行生產(chǎn)任務派單、工件加工、生產(chǎn)監(jiān)控和成品入庫等智能產(chǎn)線任務，又能用于開展智能制造單元機械及電氣安裝調(diào)試、工業(yè)機器人應用與拓展、數(shù)控加工工藝創(chuàng)新設(shè)計和大數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程優(yōu)化及過程管控等項目實訓?；氐闹悄苤圃靻卧季秩鐖D4 所示。

圖4 實訓基地產(chǎn)線布置圖

3.1 智能制造單元組成

本文研究的智能制造單元由3 個主要模塊組成：倉儲單元、工業(yè)機器人和加工單元。這些組成部分在智能制造中扮演著關(guān)鍵的角色，協(xié)同工作以實現(xiàn)高效、自動化和智能的生產(chǎn)。其中倉儲單元是智能制造單元的一個關(guān)鍵組成部分，主要負責物料的存儲、管理和分發(fā)。它通常包括倉庫、存儲設(shè)備和自動化系統(tǒng)。在倉儲單元中，物料和零件通常會被分類、標記和儲存在適當?shù)奈恢肹11]。智能倉儲單元可以采用自動分揀技術(shù)，以實現(xiàn)高效的庫存管理和物料處理。這有助于降低庫存成本、提高物料流通效率，從而加速整個生產(chǎn)過程。工業(yè)機器人是智能制造單元的機械臂和自動化設(shè)備，用于執(zhí)行各種生產(chǎn)任務，如裝配、焊接、搬運和包裝。工業(yè)機器人可以根據(jù)預定的程序執(zhí)行任務，也可以通過視覺或傳感器技術(shù)來感知和適應環(huán)境。工業(yè)機器人的使用可以提高生產(chǎn)效率、減少人工勞動，并在高風險環(huán)境中執(zhí)行任務，從而提高工作安全性。加工單元涵蓋了制造過程中的各種機械和加工設(shè)備，如數(shù)控車床、銑床等。這些設(shè)備用于切削、成型和定位材料，以制造零部件和產(chǎn)品。加工單元的自動化程度可以高度靈活，適應各種生產(chǎn)需求。通過數(shù)字控制技術(shù)和自動化系統(tǒng)，加工單元可以執(zhí)行精確的操作，減少誤差，提高生產(chǎn)速度，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

倉儲單元、工業(yè)機器人和加工單元這3 個組成部分，共同工作以實現(xiàn)智能制造的目標：提高生產(chǎn)效率、減少成本、增加產(chǎn)品質(zhì)量，并提供靈活性以適應不斷變化的市場需求。它們的協(xié)同作用使得制造業(yè)能夠更加智能化、自動化和持續(xù)性地滿足客戶需求，同時提供更高的競爭力。隨著技術(shù)的不斷進步，這些組成部分將繼續(xù)發(fā)展，以適應未來智能制造的挑戰(zhàn)和機遇?，F(xiàn)場實際布置如圖5 所示。

圖5 智能制造單元現(xiàn)場布置

3.2 智能制造單元的數(shù)字孿生搭建

智能制造單元通常由3 個關(guān)鍵組件組成：倉儲單元、工業(yè)機器人和加工單元。構(gòu)建這些組件的數(shù)字孿生體是實現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵步驟，允許制造企業(yè)實時監(jiān)測、模擬和優(yōu)化生產(chǎn)過程。

1）建立倉儲單元的數(shù)字孿生體，首先需要采集實時的傳感器數(shù)據(jù)，包括庫存水平、物料位置、溫濕度等參數(shù)。這些數(shù)據(jù)用于建立虛擬模型，模擬倉庫的狀態(tài)。這個模型應包括物料流動、倉庫內(nèi)布局和庫存管理等方面的建模。通過數(shù)據(jù)整合、數(shù)學建模和算法開發(fā)，數(shù)字孿生體模擬了倉儲單元的實際運作。倉儲單元的數(shù)字孿生體提供了實時監(jiān)測和管理庫存的能力。制造企業(yè)可以隨時了解庫存水平，物料位置，甚至溫濕度等因素。這有助于優(yōu)化庫存管理、減少庫存成本，降低過期或損壞的風險。此外，數(shù)字孿生體還可以用于模擬不同的庫存管理策略，以優(yōu)化物料流通效率。

2）工業(yè)機器人的數(shù)字孿生體構(gòu)建，需要集成傳感器數(shù)據(jù)、機器人控制參數(shù)和運動軌跡信息。這些數(shù)據(jù)用于建立機器人的虛擬模型。機器人的數(shù)字孿生體需要模擬其運動、操作和感知能力。這通常涉及到數(shù)學建模、機器學習和控制算法的開發(fā)。工業(yè)機器人的數(shù)字孿生體使制造企業(yè)能夠?qū)崟r監(jiān)測和管理機器人的運行狀態(tài)。這有助于提前檢測潛在故障，優(yōu)化生產(chǎn)任務和路徑規(guī)劃，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。此外，數(shù)字孿生體可以用于仿真不同生產(chǎn)場景，以評估不同的任務分配和機器人配置，從而提高生產(chǎn)靈活性。

3）加工單元的數(shù)字孿生體構(gòu)建，需要整合數(shù)控機床、工藝參數(shù)、傳感器數(shù)據(jù)和產(chǎn)品設(shè)計信息。這些數(shù)據(jù)用于建立虛擬模型，模擬加工單元的運作。數(shù)字孿生體應包括機床的運動、切削工具的使用、零部件制造過程等方面的建模。加工單元的數(shù)字孿生體可用于實時監(jiān)測和優(yōu)化生產(chǎn)過程。它可以檢測機床的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)故障，并提供維護建議。通過實時數(shù)據(jù)分析，可以實現(xiàn)精確的切削和零件加工，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。此外，數(shù)字孿生體還允許制造企業(yè)模擬不同的加工參數(shù)和工藝流程，以改進產(chǎn)品制造。

總的來說，倉儲單元、工業(yè)機器人和加工單元的數(shù)字孿生體構(gòu)建過程包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)學建模、算法開發(fā)和數(shù)據(jù)整合等步驟。數(shù)字孿生體的效果在于提供實時監(jiān)測。本文利用中機賽德軟件完成華中8 型智能制造單元構(gòu)建后的效果圖如圖6 所示。

圖6 智能制造單元構(gòu)建效果圖

3.3 智能制造單元的控制信息調(diào)試與模型驗證實驗

智能制造單元的控制信息調(diào)試與模型驗證實驗是確保數(shù)字孿生體與實際生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)同工作的關(guān)鍵步驟。這些實驗旨在驗證數(shù)字孿生體的準確性和可靠性，同時對其控制信息進行調(diào)試，以確保實際制造單元的準確模擬和控制。智能制造單元控制信息調(diào)試與模型驗證實驗的關(guān)鍵步驟和過程如下。1）模型構(gòu)建與校準。需要構(gòu)建數(shù)字孿生模型以模擬實際制造單元的各個組件和系統(tǒng)，包括倉儲單元、工業(yè)機器人和加工單元。這通常涉及數(shù)學建模、仿真工具的選擇以及物理特性的建模。這些模型需要與實際系統(tǒng)的特性相匹配，因此必須進行校準，以確保準確性。2）數(shù)據(jù)采集與傳感器集成。需要集成傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，以獲取實際系統(tǒng)的狀態(tài)和性能數(shù)據(jù)。這些傳感器通常涉及溫度、壓力、濕度、位置、速度、負載等各種參數(shù)的測量。數(shù)據(jù)采集與傳感器集成是數(shù)字孿生體與實際制造單元之間信息流的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。3）控制信息調(diào)試。在數(shù)字孿生體中，控制信息是關(guān)鍵的，它用于模擬實際系統(tǒng)中的控制策略和操作。其中包括控制算法開發(fā)、仿真和調(diào)試、控制信息傳遞等。一旦數(shù)字孿生體的控制信息調(diào)試完成，下一步是進行模型驗證實驗。這些實驗的目標是驗證數(shù)字孿生體的準確性和性能，以確保其與實際制造單元的協(xié)同工作?；趯嶒灲Y(jié)果，對數(shù)字孿生體的模型和控制信息進行優(yōu)化和改進，以提高其準確性和性能。通過這些模型驗證實驗，制造企業(yè)可以確保數(shù)字孿生體在實際制造單元中準確模擬和控制生產(chǎn)過程[12]。此外，實驗還提供了應對不同生產(chǎn)情境和突發(fā)事件的策略和決策支持。

實驗證明，智能制造單元數(shù)字孿生體的構(gòu)建可以良好地實現(xiàn)產(chǎn)線的虛實聯(lián)動，對智能制造產(chǎn)線的研究具有多重價值。1）提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。智能制造單元的數(shù)字孿生體構(gòu)建使制造企業(yè)能夠?qū)崟r監(jiān)測、模擬和優(yōu)化其生產(chǎn)過程。數(shù)字孿生體的實時控制和反饋機制可以幫助制造企業(yè)更好地適應市場需求和變化，實現(xiàn)精益生產(chǎn)。2）降低風險和成本。通過數(shù)字孿生體，制造企業(yè)可以在虛擬環(huán)境中測試不同生產(chǎn)策略和方案，從而減少實驗和生產(chǎn)中的風險。此外，它還可以降低庫存成本，減少過期或損壞的庫存，減少能源消耗，提高資源利用率，從而降低生產(chǎn)成本。3）提高生產(chǎn)靈活性。數(shù)字孿生體使制造單元更加靈活，能夠適應不同的生產(chǎn)任務和需求。它可以模擬不同的生產(chǎn)情境，優(yōu)化資源分配，支持快速轉(zhuǎn)換和生產(chǎn)調(diào)整。這對于處理不斷變化的市場需求和生產(chǎn)規(guī)模是至關(guān)重要的。

4 結(jié)論

智能制造單元的數(shù)字孿生體構(gòu)建是一項具有深遠意義和價值的研究，它為制造業(yè)邁向數(shù)字化、自動化和智能化提供了重要支持。本文深入探討了智能制造單元數(shù)字孿生體的構(gòu)建過程以及實驗驗證的關(guān)鍵步驟，并闡述了其實際應用的潛力和有效性。智能制造產(chǎn)線數(shù)字孿生體構(gòu)建研究不僅使制造企業(yè)能夠?qū)崟r監(jiān)測、模擬和優(yōu)化生產(chǎn)過程，還可以精確控制生產(chǎn)任務、資源分配和機器人操作，從而提高生產(chǎn)效率并確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。這有助于減少生產(chǎn)中斷、降低廢品率，提高生產(chǎn)能力，為企業(yè)創(chuàng)造更大的價值。數(shù)字孿生體還能輔助預測潛在的故障和問題，使企業(yè)能夠采取預防性措施，減少生產(chǎn)中斷和維修成本。并且該研究推動了制造業(yè)向數(shù)字化、自動化和智能化的轉(zhuǎn)型。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字孿生體將在未來的智能制造中發(fā)揮更大的作用，成為提高制造效率和競爭力的關(guān)鍵工具。隨著數(shù)字孿生技術(shù)的不斷成熟和應用，它將繼續(xù)推動智能制造的發(fā)展，為制造業(yè)帶來更多的機遇和競爭優(yōu)勢。因此，這項研究對于實現(xiàn)智能制造的目標，促進工業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。